การชนแบบยืดหยุ่นและการอนุรักษ์โมเมนตัม
1 · ทำนาย
ลูกบอลเหมือนกันสองลูกกลิ้งเข้าหากันด้วยอัตราเร็วเท่ากันแล้วชนกันแบบยืดหยุ่น หลังชน ความเร็วของทั้งคู่เทียบกับก่อนชนเป็นอย่างไร
- แต่ละลูกสะท้อนกลับตรง ๆ ด้วยอัตราเร็วเท่าที่วิ่งเข้ามา
- ทั้งสองลูกหยุดตายที่จุดชน
- ทั้งสองลูกเคลื่อนที่ต่อเหมือนเดิม ราวกับลอดผ่านกันไป
2 · จัดเตรียม
- เปิดการจำลองการชนแบบยืดหยุ่นแล้วกดรีเซ็ต
- ตรวจว่าลูกทั้งสองมีมวลเท่ากัน แล้วตั้งอัตราเร็วเข้าหากันของแต่ละรอบข้างล่าง (ลูก A เคลื่อนที่ไปขวา ลูก B ไปซ้ายด้วยอัตราเร็วเท่ากัน)
- กดเล่น ดูโพรบโมเมนตัมบนทั้งสองลูก แล้วบันทึกค่าโมเมนตัมของลูก A ทันทีที่ลูกทั้งสองแยกจากกัน
3 · เก็บข้อมูล
| มวล m (แต่ละลูก) (kg) | อัตราเร็วเข้าใกล้ v (m/s) | โมเมนตัมลูกบอล A p = mv (kg·m/s) | Ball A KE = ½mv² (J) | โมเมนตัมลูก A หลังชน — ค่าทำนายอุดมคติ (kg·m/s) | โมเมนตัมรวมหลังชน (A + B) (kg·m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 6.00 | ||||
| 1.50 | 8.00 | ||||
| 2.00 | 5.00 |
พล็อตอัตราเร็วเข้าหากัน v (แกน x) กับพลังงานจลน์ของลูก A ก่อนชน (แกน y)
4 · วิเคราะห์
- จงแสดงวิธีคำนวณโมเมนตัมของลูกบอล A ก่อนชน (p = mv) จากการทดลองหนึ่งรอบ แล้วเปรียบเทียบกับค่าที่โพรบวัดโมเมนตัมของการจำลองแสดง
- เทียบโมเมนตัมของลูกบอล A ก่อนและหลังการชน การเปลี่ยนเครื่องหมายบอกอะไรเกี่ยวกับทิศทางของมัน โมเมนตัมรวมของลูก A + ลูก B อนุรักษ์ไว้ได้หรือไม่
5 · ต่อยอด
- การจำลองใช้สัมประสิทธิ์การกระดอน 0.98 ไม่ใช่ 1.0 พอดี คุณคาดว่าโมเมนตัมสะท้อนจะต่างจากค่าทำนายอุดมคติอย่างไร และเพราะเหตุใด
- ถ้าลูก B หนักเป็นสองเท่าของลูก A ลูก A ยังสะท้อนกลับตรง ๆ อีกหรือไม่ ใช้สูตรการชนแบบยืดหยุ่นในรูปทั่วไปมาให้เหตุผล
ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้
โมเมนตัม
โมเมนตัมของแต่ละลูกก่อนชน จากมวลและอัตราเร็วเข้าหากันที่คุณตั้งไว้ในแต่ละรอบ โมเมนตัมรวม (ลูก A + ลูก B) อนุรักษ์ไว้ตลอดการชน
พลังงานจลน์
พลังงานจลน์ของลูก A ก่อนชน ในการชนยืดหยุ่นสมบูรณ์พลังงานนี้อนุรักษ์ทั้งหมด การจำลองสดที่สัมประสิทธิ์การกระดอน 0.98 เก็บไว้เพียง e² ซึ่งคำตอบขั้นต่อยอดของคุณควรนับรอง